Напечатанные на 3D-принтере магниты — 2020

  • автор:

Напечатанные на 3D-принтере магниты, набирают популярность. Почему? Натуральных магнитов не хватает, и они дороги.

Напечатанные на 3D-принтере магниты – это возможно

Напечатанные на 3D-принтере магниты привлекают внимание всей отрасли. Источник: Home Science Tools

Напечатанные на 3D-принтере магниты – это возможно?

Когда дело доходит до 3D-печати, возникает множество проблем, связанных с сопоставлением возможностей самых передовых магнитов, производимых традиционными методами. Узнайте все о возможностях 3D-печатных магнитов!

Напечатанные на 3D-принтере магниты — все еще экзотические материалы 3D-печати.

Напечатанные на 3D-принтере магниты, привлекают внимание всей отрасли.

Итак, напечатанные на 3D-принтере магниты возможны? Вроде бы да, но пока не дома.

Использование возможностей 3D-печати в производстве магнитов вызывает большой интерес. Магниты изготавливаются из критически важных редкоземельных металлов. Например, таких как неодим, которых не хватает. И они пользуются большим спросом в условиях современного развития электромобилей и альтернативной энергетики.

Напечатанные на 3D-принтере магниты моuen помочь уменьшить чрезмерное использование этого материала. Благодаря своей способности создавать магниты эффективной формы и размера без затрат времени и средств на инструменты. Напечатанные на 3D-принтере магниты также помогают быстро выводить на рынок новые дизайны.

Так в чем же задержка? Магнит кажется простым. Есть северный конец и южный конец. Мы даже используем магниты на наших холодильниках. Насколько они могут быть сложными?

Под поверхностью самые мощные постоянные магниты имеют организованную гранулированную структуру. Которую сложно воссоздать с помощью 3D-печатающей головки.

Чтобы понять потенциал магнитов для 3D-печати, давайте сначала подробно рассмотрим, что на самом деле делает материалы магнитными.

Что делает материал магнитным

Магнитные домены выровняют свои северный и южный концы, сложившись вместе. Источник: Cool Magnet Man

Что делает материал магнитным?

Все материалы имеют электроны. Какими бы маленькими ни были электроны, они обладают так называемым «спином». Этот спин создает крошечное магнитное поле, так что каждый электрон похож на крошечный магнит.

В немагнитных веществах эти электроны и их крошечные магнитные поля расположены в противоположных парах. По существу, компенсируя друг друга. Например, дерево, вода или алюминий.

В ферромагнитных материалах некоторые неспаренные электронные спины предпочитают выравниваться. Например, в таких как железо. Так что их магнитные поля складываются, а не компенсируются.

Интересно, что в простом куске немагнитного железа это выравнивание спинов и их микроскопические магнитные поля распространяются по всему куску материала. В результате материал разделяется на субмиллиметровые намагниченные области, называемые магнитными доменами.

Внутри каждого магнитного домена все неспаренные спины выровнены. Когда кусок железа находится в ненамагниченном состоянии, эти домены существуют. Но ориентированы случайным образом и создают нулевое магнитное поле. Однако при воздействии достаточно сильного магнитного поля домены выровняются. В результате железо намагничивается с помощью северного и южного полюсов.

Жесткие и мягкие ферромагнитные материалы

Только три элемента в периодической таблице являются ферромагнитными при комнатной температуре. Это железо, кобальт и никель. Практические магниты основаны на этих элементах. Но часто комбинируются с другими элементами для изменения их свойств. Например, такими как неодим и самарий.

«Твердые» ферромагнитные материалы или постоянные магниты сохраняют свое намагниченное состояние, притягивая такие материалы, как железо и сталь. Независимо от окружающей среды и электрического тока. Эти материалы нелегко намагнитить, требуя сильного поля и энергии для изменения направления их магнитных доменов. С другой стороны, они также постоянно удерживают свою намагниченность.

В «мягких» ферромагнитных материалах магнитные домены легко выравниваются (и смещаются) по внешнему полю. Например, таких как чистое железо. Это означает, что они легко намагничиваются и размагничиваются.

Магнитно-мягкая 3D нить накала в настоящее время доступна. Но существуют ограничения, если вы рассматриваете серьезные магнитно-мягкие области применения. Например, такие как индукторы или сердечники трансформаторов. Поскольку большая часть материала — это PLA (и, следовательно, немагнитные).

Изотропные и анизотропные магниты

Постоянные магниты определяют направление: север и юг. Но до намагничивания исходные материалы магнитов проявляют ту же направленность или магнитную анизотропию. Это означает, что у них есть предпочтительное направление намагничивания.

Во время производства анизотропных материалов порошки ферромагнитного материала могут быть предварительно выровнены так, чтобы мелкие зерна совпадали с желаемым направлением намагничивания.

Это выравнивание может быть выполнено с помощью сильного магнитного поля. Или, когда порошок сжимается под высоким давлением. Как только зерна выровнены, они фиксируются на месте перед фактическим шагом намагничивания. Это предварительное выравнивание приводит к более сильному магниту. Поскольку все кристаллы указывают в предпочтительном направлении и вносят вклад в результирующее магнитное поле.

Производство изотропных магнитов создает немагнитные тела с зернами, направленными во всех направлениях. Когда приходит время намагничивать их, только небольшая часть зерен может внести свой вклад. Это означает, что полученный магнит слабее. Однако это упрощает производство, что также означает, что возможно любое направление намагничивания.

Спеченные и скрепленные магниты

Спеченные магниты являются золотым стандартом для современных магнитов. Это твердый магнитный материал, сформированный под давлением и температурой без наполнителя или связующего. Самые мощные сегодня неодимовые магниты — это спеченные анизотропные магниты.

В связанных магнитах используется нейлон или эпоксидная смола для приклеивания магнитных зерен. Процесс склеивания позволяет создавать более сложные конструкции и методы массового производства. Например, такие как литье под давлением. Однако связующее вещество снижает плотность магнитного материала и, следовательно, силу магнита.

Технология склеивания является основой большинства текущих исследований магнитов, напечатанных на 3D-принтере. Хотя она не создает самых сильных магнитов.

Напечатанные на 3D-принтере магниты в домашних условиях

Как вы, наверное, догадались, 3D-печать настольных магнитов ограничивается волокнами, состоящими из магнитомягкого материала. Другими словами, отпечатки будут реагировать на магнитные поля. Но не смогут их воспроизвести.

В то время как существуют и другие «магнитные» волокна. Возможно, самым известным из них является PLA Magnetic Iron от Proto-Pasta.

Напечатанные на 3D-принтере магниты - исследование

Магнитные порошки, залитые в нить накала. Источник: C. Huber et. al./AIP Publishing

Напечатанные на 3D-принтере магниты — исследование

Неудивительно, что исследователи изучают, как объединить Напечатанные на 3D-принтере магниты. Учитывая, что магниты так важны, а 3D-печать стала такой революционной.

Одна из первых публикаций с подробным описанием 3D-печатных магнитов выпущена Венским технологическим университетом. Они доказали концепцию возможности 3D-печати магнитов с использованием нестандартной магнитной нити и стандартного принтера.

В Массачусетском технологическом институте исследователи объединили чернила для магнитной 3D-печати и магнитное поле, применяемое во время экструзии, чтобы управлять магнитными направлениями областей 3D-печати из магнитомягких материалов. Процесс не создает магнит. Но их новаторское использование поля в фактической печати может указывать на будущие достижения в области 3D-печати магнитов.

Национальная лаборатория Ок-Ридж (ORNL) использует аддитивное производство для работы над проблемой эффективного использования критически важных редкоземельных элементов, используемых при производстве постоянных магнитов.

Их система аддитивного производства на больших площадях (BAAM) демонстрируется в широком спектре проектов BAAM. Он был применен при создании больших магнитов диаметром более 5 дюймов. Что может вызвать удивление, так это то, что BAAM не использует филамент. Плавление нити происходит слишком медленно, чтобы успевать за необходимой скоростью наплавки. Вместо этого BAAM непосредственно экструдирует гранулы для создания деталей на высокой скорости.

Первоначально ограничиваясь изотропными магнитами, ORNL расширила свою работу. Включив этап выравнивания после печати для анизотропных порошков. Это подталкивает их к прямой конкуренции с существующими литыми под давлением магнитами. Предлагая при этом масштаб BAAM и преимущества аддитивного производства без использования инструментов.

Напечатанные на 3D-принтере магниты - что впереди

Магниты на 3D-принтере. Источник: Национальная лаборатория Ок-Ридж / YouTube.

Напечатанные на 3D-принтере магниты — что впереди?

Более высокие концентрации магнитного материала и более низкие концентрации пластичного связующего сильно влияют на магнитную прочность. Это, наряду с переходом на анизотропные материалы, находится в стадии разработки в ORNL и других местах.

Что это значит для вашего настольного 3D-принтера дома? Смогут ли эти достижения стать доступной нитью накала? Может быть… Осаждение — это всего лишь один шаг к созданию магнита. А магниты не могут быть большим приложением для самостоятельного изготовления.

Но, глядя в хрустальный шар, эти магнитные порошки имеют нейлоновое покрытие. Поэтому, возможно, они попадут в систему Multi Jet Fusion. В которой используются именно такие порошки.

Мощные магниты играют центральную роль в таких областях применения, как электромобили и ветряные генераторы. Независимо от того, созданы ли Напечатанные на 3D-принтере магниты дома или в промышленности. Использование возможностей 3D-печати для удовлетворения потребностей 21 века имеет смысл.

По материалам: all3dp.com

Все новости в наших группах: вконтакте, twitter, facebook

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *